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Characterization of Wall Temperature Effect during Transition of Hypersonic flow over a Cone By Experiments And Numerical Simulations

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Scudo termico migliore per fenomeni pericolosi

I veicoli spaziali sono soggetti a riscaldamento molto elevato al rientro nell'atmosfera terrestre. Alcuni scienziati stanno studiando un fenomeno che causa un aumento improvviso e netto del flusso di calore per progettare meglio la protezione termica.

Tecnologie industriali

I veicoli spaziali che rientrano nell'atmosfera terrestre sono soggetti a un calore intenso causato dall'attrito con le molecole dell'aria. I sistemi di protezione termica (SPT) proteggono il veicolo da un surriscaldamento. Durante la fase più critica del rientro, il flusso ipersonico dell'aria (oltre cinque volte superiore rispetto alla velocità del suono) sulla superficie del veicolo crea una sorta di strato limite laminare. Dentro a questo strato avviene la maggior parte del trasferimento di calore, quantità di moto e massa. Durante la cosiddetta transizione ipersonica, il flusso dello strato limite passa da laminare a turbolento e l'SPT nella stessa posizione riceve oltre il triplo del flusso di calore in ingresso. Alcuni scienziati europei e russi hanno avviato il progetto Transhyberian, finanziato dall'UE, per studiare la transizione ipersonica e proporre meccanismi di controllo termico locale nello strato limite per le future missioni spaziali. Gli sperimentatori hanno deciso di studiare una configurazione conica appuntita in cinque impianti sperimentali nell'UE e in Russia. I dati sperimentali vengono integrati da simulazioni numeriche. Durante il primo anno del progetto gli sperimentatori hanno caratterizzato il rumore in ogni impianto per spiegare le possibili differenze nelle diverse misurazioni in condizioni in apparenza confrontabili. Sono stati sviluppati tutti i codici numerici che descrivono l'inizio della transizione. Le tecniche includono la simulazione numerica diretta (DNS), algoritmi di stabilità, algoritmi RANS (Reynolds-averaged Navier–Stokes) e l'analisi di correlazione. Gli scienziati hanno progettato un esperimento modello comune considerando le differenze nei vari impianti. È stata poi creata una campagna sperimentale e numerica (fluidodinamica computazionale, CFD) completa. La flessibilità è integrata per far fronte ai cambiamenti dovuti a problemi o risultati durante il secondo anno. Transhyberian prevede di potenziare la progettazione per il riutilizzo dei veicoli spaziali al rientro con una protezione contro il calore generato durante la transizione ipersonica. Il progetto rafforzerà inoltre i rapporti e la cooperazione tra UE e Russia in materia di ricerca spaziale, consolidando così la posizione di entrambi i programmi spaziali.

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